한국 실정에 맞는 전력시장과 Smart Grid 추진방향

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해영 빈
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1 윤용태 서울대전기공학부

2 l. ll. lll. Ⅳ. Ⅴ. 개요환경변화전력산업운영현황문제점및대응방안한국형 SG 운영체계재정립 ( 안 )

4 국내전력시스템운영구조의현황분석 소비자측면의전력산업이해 국내외전력산업동향파악및미래방향예측 전력산업 Mega Trend 제시 스마트그리드이행을위한실행전략제시 Regional 의구축 3/27

5 1. 소비자관점의스마트그리드추진 국민의수용성제고를위한소비자편익중시 접근성이높고활용이쉬운정보제공 소비자관점의 SG 추진방향 스마트그리드는소비자편의성고려와사회전체투입비용최소화관점에서추진되어야함 스마트그리드는기술진보를통하여경제성확보후확대보급해야자생적시장형성가능 초기시장형성을위해정부지원은필요하나, 장기적으로모델별자체경제성확보가필요

6 2. 스마트그리드환류체계 설비투자 / 운용 정부 ( 규제 ) 가격신호 (RTP) 수요반응을반영한전력 요금제도 전력회사 Smart Grid 전력요금 소비자 전력공급비용절감 소비자반응 전력공급비용절감 소비자반응 급전운용, 설비계획변화 수요곡선 변화 정부지원이줄어든후에도스마트그리드에대한지속적인투자와개선이이루어지기 위해서는투자대비소비자효용이증가할수있는선순환적구조의확보가필수

7 3. 소비자참여활성화방안 지속적인정보제공소비자홍보및교육활성화사용자인터페이스개선비즈니스모델의발굴다양한부가서비스창출제도의구축및인센티브운영솔루션개발및보급스마트그리드인프라확충 지속적투자와참여유인제공소비자의인식페러다임변화유도 SG에대한소비자의친화력증가투자활성화및소비자의적극적참여웹서비스와결합한신서비스창출적절한 RTP 제도의도입및인센티브솔루션개발관련시장활성화정보기기확산및소비자편의성강화

8 4. 스마트그리드선결과제및추진방향 스마트그리드선결과제 실시간정보수집, 고장사전진단및자동복구체계를구축하는등지능화된전력망구축을위한다양한전력기기의디지털화및지능화의선행 실시간정보의교환을위해디지털전력량계인스마트미터로교체 스마트그리드의편리함과효율을최대화하기위해소비자가전기기가원격제어기능을갖추어야 에너지를효율적으로사용할수있도록실시간정보를제공함으로써합리적인에너지소비유도와가정내에스마트그리드인프라를갖추기위한투자가선행되어야 국가차원의 SG 추진방향 스마트그리드의목적은전력피크감축, 기후변화에대응을위한 CO 2 절감, 에너지이용효율화에있으며, 이는기술과서비스를통해구현되는것고부가가치창출이가능한핵심기술개발과국가표준화활동을통하여국제표준선점경쟁력있는비즈니스모델개발과수출사업화기반마련에집중

10 시장경쟁 확장과통합을통한경쟁력제고로패러다임변화 구분 1980 년대 1990 년대 2000 년이후 수직통합국가적인전력설비및전력망구축 시장메커니즘도입 / 민영화경쟁도입을통한효율성증대 경쟁과통합의조화새로운패러다임에부합하는실리적운영 전력산업 글로벌 트랜드 수직통합형태산업구조 전력인프라확보관심 시장메커니즘도입확대 - 발전, 판매부문신규사업자허용및시장개방 국가별전력산업구조의다양성인정 수직 수평적확장과 통합을통한경쟁력제고 5/27

11 정책과기술환경변화로글로벌기업출현및전방위적성장전략추세 정책환경 글로벌리더기업출현 기술환경 공공성위주의정부주도에의한산업운영 민영화및시장메커니즘도입 시장경쟁과규모의경제와의밸런스지향 수직적확장 - 발전 / 판매결합포트폴리오 수평적확장 - 전기 / 가스등통합유틸리티 - 전력사인수합병을통한사업규모확장 환경친화에너지확대 - 원전 / 신재생에너지확대 화력발전중심 - 원전안전성논란 저탄소녹색성장 - 온실가스감축의무 - 원자력르네상스 6/27

12 국내전력산업환경과스마트그리드에적합한운영체계재편요구 2000 년 2010 년 국내 IMF, 규제후진국, Follower 국내 가격정상화, 원전수출, SG Leader 국외전력산업구조개편의 Global 확산국외기후변화대응, 자원민족주의팽배 전력시장경쟁체제도입 경영효율성효율성제고및투자유치 스마트그리드산업선점및수출역량강화 분산전원 신재생전원도입전력망운영의안정성제고 2000 년과 2010 년의대내 외여건변화로전력산업운영체계재정립필요 시장경쟁도입 : 경쟁을통한효율성증대 재통합구조 : 전력산업성장및수출육성 7/27

14 연방단위가아닌주 ( 州 ) 단위자치규제 몬테나 캘리포니아 버지니아 송배전 / 발전분리구조조정법폐기 North-Western( 송배전Inc.) 社의발전소보유허용 시장경쟁도입후정전증가, 전력요금상승및경영악화 소매부문시장경쟁도입중단 (2001 년 ) 전력사용량 5MW이하수요자기존독점시장복원 버지니아주법인위원회소매요금규제강화 연방단위가아닌주단위자치규제 시장경쟁도입의실질효과에대한부정적견해증가 9/27

15 시장매커니즘도입결과에대한부정적견해증가 구조개편이후요금인상과정치적혼란발생 구조조정의미래는불투명함 PIRGIM 자유화이후모든지역에서전기요금상승 경쟁으로얻는소비자편익은없음 ELCON 버지니아주의전력산업규제강화 전력회사의신용강화에긍정요인 S&P 시장경쟁도입후판매부분경쟁효과미미 낮은가격인하효과, 제한적상품옵션 FERC 시장체제후송 배전설비투자의욕저하송 배전설비건설위한재원조달곤란 FERC 장기적전력수급계획수립권한상실전력공급신뢰도에부정적인결과초래 PIRGIM 10/27

국가별로독립적인전력산업구조개편이행 영국프랑스독일이탈리아 90년대부터민영화및경쟁도입 2010 년현재발전및소매부문재통합社출현 독립 ISO (National Grid) 및 3개송전사업자체제 민영화계획미정 : EDF 정부지분 85% (08 년말 ) 송전망은 EDF 에서운영 회계분리및독립적경영이이루어짐

16 국가별로독립적인전력산업구조개편이행 영국프랑스독일이탈리아 90년대부터민영화및경쟁도입 2010 년현재발전및소매부문재통합社출현 독립 ISO (National Grid) 및 3개송전사업자체제 민영화계획미정 : EDF 정부지분 85% (08 년말 ) 송전망은 EDF 에서운영 회계분리및독립적경영이이루어짐 수직통합형태의민영기업들이지역시장독과점 송전망의법적분리, 소유권미분리 4 대전력기업은송전포함수직통합형태유지 99 년이후, 6 년에걸쳐점진적민영화실현 ENEL 정부지분감소 : 68% 31% TO/SO 완전분리 : 단계적추진 국가별전력산업정책에따라송전망개방또는독립운영 수직통합운영구조재출현 11/27

17 구분 MO SO TO 비고 영국 ESIS(NGC자회사 ) NGC 프랑스 Powernext RTE 유럽 노르웨이 Nord-Pool Statnett SF 스웨덴 Nord-Pool Svenska Kraft 뉴질랜드 M-Co Transpower 스페인 OMEL REE 캘리포니아 CPX ISO 다수전력회사 독점구조 SO-TO 통합 미국 뉴욕 NYPX 다수전력회사 PJM PJM 다수전력회사 호주 NEMMCO 다수전력회사 캐나다 온타리오 IMO 다수전력회사 경쟁구조 SO-TO 분리 * MO : Market Operator * SO : System Operator * TO : Transmission Owner 12/27

18 SO 와 TO 기능의소유, 운영주체분리 정 부 감독 발전자회사 거래 KEPCO 거래 고객 민자발전회사 TO 구역전기사업자 시장운영 KPX SO, MO 관련사업 그룹사 13/27

19 운영체계 특징 원자력 G G 화력, 수력 G LNG 대형발전기제어중심 345 kv SCADA G 대용량고객 대용량고객 154 kv G 배전선로 (22.9kV) 열병합 SCADA DAS * PSS/E : Power System Simulator for Engineering * PNA : Power Network Analysis * F.I : Fault Indicator 14/27 Offline 해석 (PSS/E) 실시간계통해석 (PNA) 5분단위자동계통해석을통한실시간위험성평가및예보 DAS F.I 정보를통한고장인지및원격제어

21 전력공급안정성확보곤란 계통운영과송전망소유의분리 송전설비최적투자제약 미국송전분야투자규모성장률 : 15%(SO/TO분리전 ) 4%(SO/TO분리후 ) 광역정전등고장발생에대한신속한처리곤란 정전복구시간 : 제주 TL고장 5~39분 ( 99) 제주해저케이블고장 28~154분 ( 06) 적기발전설비투자곤란및경제성저하 시장제도와전력수급기본계획의불일치로기저설비적기확보미흡 기저발전설비부족량 : 11, MW (2007 년 ) 연간 2 조원추가비용발생 발전사별개별연료구매로연료구매비용증가 평균 17% ( 최소 9% ~ 최대 26%) 의추가연료구매비용지출 16/27

22 SO/TO 가분리된운영체계로스마트그리드도입시비효율성은더욱심화 내용 구분 SO-TO 분리 ( 현재 ) SO-TO 통합 2010 년 2030 년 2010 년 2030 년 투자의비효율성 12% 25% (2 배 ) 5% 0% 사고대처 10% 20% (2배 ) 5% 0% 운영의비효율성 15% 25% (2 배 ) 8% 0% *SO-TO 통합시의상황을 0% 로가정하에 2030 년상황추정 * 맥킨지보고서및국회의원최철국국정감사자료근거 * 한국전력산업통계 01~09 자료활용 SO-TO 가분리된현체계유지시적정설비투자, 고장처리및시스템운영의비효율성심화 현행 의 KPX 주도적운영으로인해전력시스템운영상의비효율성가중 17/27

23 현행전력시스템운영체계 전력산업구조개편안 : SO TO 가분리된현체계유지 기존의확장형 의구축방향 : 시장기반, 발전기운영중심, 분산전원제어권확보 바람직한대응안 Regional 구축 전력시스템기반, 계통운영중심 System 운영 계통해석정확성및계통운영효율성확보 ( 실질적계통운영주도 ) 분산전원운영및제어권선점을위한방안으로활용 SO TO 통합후계통제어, 발전제어의연계효율성극대화 18/27

25 기본개념 계층 (Hierarchical) & 수직 (Vertical) 체계 중앙 (Centralized) SCADA 기존 평행 (Parallel) & 분산 (Distributed) 체계분산화 (Distributed) & Web 기반 SCADA Regional CCC RCC SCC SCC RCC SCC SCC RCC CCC SCC RCC SCC SCADA S/S SCC RCC SCC DAS D/L SCC * CCC : Central Control Center * RCC : Regional Control Center * SCC : Section Control Center 20/27

26 기존 Regional 345KV 이상의발전운영중심 제어기준 154KV 이하의계통운영중심 주요 계통상황추정대형발전기급전지시 정확한계통해석효율적계통운영목적 (T/P, S/E, N/A) Public Network 네트워크 Private Network 시장기반 기 반 시스템기반 필터를활용한 CIM-like 인터페이스구축 DB CIM, GID 기반상호운용성, 표준확보구축 * CIM : Common Information Model * T/P : Topology Process * GID : Generic Interface Device * S/E : System Estimation i * N/A : Network Analysis 21/27

27 개념도 SO utility Regional D/B DAS D/B AMI D/B CIM CIM CIM GID GID GID 종합운영시스템 스마트그리드이행에따라기존의 기능을 Regional 가대체 계통운영과발전운영의연계가능 Regional 의 DB를 CIM, GID기반으로구현 표준화, 상호운용성확보, Plug& Play 가능 22/27

28 구성도 특징 G 345[kV] 지역 (Region) 개념의계통 운영중심 종합운영센터 RCC RCC RCC SCC SCC SCC 154[kV] 지역급전소 급전분소 정확한 T/P (Topology Process), S/E (System Estimation) i 을통한계통운영 Regional S/S S/S S/S Sub-Station 배전운영센터 22.9[kV] 부하의효율적배분을통한 설비이용률증대 D/L D/L D/L 23/27

29 구성도 특징 기존안 DAS Public Domain Network Market-based AMI 기존의확장형 는 Public Domain Network 를활용하며, 정보보안및사생활침해문제가있음 Regional Grid Regional 는 utility 소유 제안안 Regional DAS AMI 의 Private Network 를활용하여필요정보만을공개 Private Network System-based utility 의계통정보확보및보 유권유지가능 24/27

CIM 기반 DB 구성 Desktop & Internet Access Maintenance Interface DFMS (Distribution Facilities Management System) CIM Database (Energy Management System) Utility

30 CIM 기반 DB 구성 Desktop & Internet Access Maintenance Interface DFMS (Distribution Facilities Management System) CIM Database (Energy Management System) Utility Integration Bus (GID based) Utility Control Center Energy Trading Transmission Distribution Automation Substation Automation Billing System CIM 특징 CIM 은전력시스템의개체, 특성, 관계를규정함 25/27

31 개념도 Tie-line Regional Regional S/S S/S S/S S/S S/S S/S 통신통신 시스템연계 D/L D/L D/L D/L D/L D/L 통신 통신 지역내에서의효율적부하배분 설비이용률개선 Regional 간 Tie-line 을통한정보의공유및협조제어 26/27

1 단계 2 단계 3 단계 최소단위 Regional 설계 Regional 실계통연계 Regional 확대적용 Regional Reliability, Efficiency,

Operations Work/Asset Management monitoring monitoring monitoring manage manage manage

Operations Work/Asset Management Grid Operations Work/Asset Management Regional 개념모델설계 세부 Spec

32 1 단계 2 단계 3 단계 최소단위 Regional 설계 Regional 실계통연계 Regional 확대적용 Regional Reliability, Efficiency, Customer Satisfaction Customer Operations Customer Operations Customer Operations Grid Operations Work/Asset Management monitoring monitoring monitoring manage manage manage Information Exchange Services Information Exchange Services Information Exchange Services Grid Operations Work/Asset Management Grid Operations Work/Asset Management Regional 개념모델설계 세부 Spec 결정및시뮬레이션 통한검증작업 Key Success Factors 신뢰도와안정성확보를위한시험운전 Regional 통합및실계통연계실증 전국적확대적용 상호운용성, 표준화 및시스템확장성확보 27/27

2001 년 4 월전력산업구조개편과함께출범한전력거래소는전력산업의중심 기관으로서전력시장및전력계통운영, 전력수급기본계획수립지원의기능을 원활히수행하고있습니다. 전력거래소는전력자유화와함께도입된발전경쟁시장 (CBP) 을지속 적인제도개선을통해안정적으로운영하고있으며, 계통운영및수급

2001 년 4 월전력산업구조개편과함께출범한전력거래소는전력산업의중심 기관으로서전력시장및전력계통운영, 전력수급기본계획수립지원의기능을 원활히수행하고있습니다. 전력거래소는전력자유화와함께도입된발전경쟁시장 (CBP) 을지속 적인제도개선을통해안정적으로운영하고있으며, 계통운영및수급 계획수립등전력수급안정에도최선의노력을기울이고있습니다. 이번에발간하는 2016년발전설비현황은